脂环族环氧树脂_双酚A环氧树脂共混改性研究

ＥＲＬ－４２２１ 质量分数／％
０ １０ １５ ２０ ２５ ３０ １００
耐磨性 ×１ ０ － ３ ／ｇ
３．５５ １．６０ １．３５ １．００ ０．４０ １．５５ ２．００
粘附力／级
７ ７ ７ ６ ６ ６ １
铅笔硬度
２Ｈ ２Ｈ ２Ｈ ３Ｈ ３Ｈ ３Ｈ ４Ｈ
由表２可知，随脂环族环氧树脂用量的增加，共混树 脂的耐磨性先增加后降低，粘附力降低，铅笔硬度增 大。共混树脂的耐磨性与其交联密度、粘附力有关［ ， ７］ 随 着脂环族环氧树脂用量的增加，共混体系的环氧值增 大，交联密度增加，所以共混树脂的铅笔硬度增大；由 于树脂羟基含量与粘附力有直接关系，羟基含量增加， 粘附力增加，而环氧树脂Ｅ－５１的羟基含量远远大于脂环 族环氧树脂的羟基含量，随脂环族环氧树脂含量的增 加，羟基含量降低，所以共混树脂的粘附力降低。以上 分析说明，共混树脂的粘附力与铅笔硬度成相反方向变 化，粘附力越小，耐磨性越差，铅笔硬度越高，耐磨性 越高，所以共混树脂的耐磨性有最大值。
图１ Ｅ Ｒ Ｌ －４２２１ 用量对共混树脂维卡软化点温度的影响 Ｆｉｇ．１ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＥＲＬ－４２２１ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ Ｖｉｃａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｂｌｅｎｄ ｒｅｓｉｎ
由图１可见，随着ＥＲＬ－４２２１含量的增加，共混树脂 的维卡软化点温度增加 。这是由于ＥＲＬ－４２２１的含量增 加，体系的交联密度增大所致。
２．２ ＥＲＬ－４２２１用量对共混树脂维卡软化点温度的 影响
维卡软化点温度是材料热性能的主要参数之一，与 聚合物体系的聚集态有关，体系的自由体积越大，则维 卡软化点温度越低；反之，则维卡软化点温度越高。只 有当交联密度达到最大值、刚性基团含量最高时，维卡
软化点温度才能达到最大值 ，ＥＲＬ －４２２１用量对共混树脂 的维卡软化点温度的影响见图１。
１．３ 试样的制备 双酚Ａ型环氧树脂与脂环族环氧树脂（ＥＲＬ－４２２１） 以不同配比，但总质量为１００份称量、混合均匀，然后加 入理论量的甲基纳迪克酸酐搅拌混合均匀，再加入环氧 树 脂／酸 酐 总 质 量０．３％的 促 进 剂Ａ， 混合均匀 。 将 混 合 后 的树脂放入５０ ℃的烘箱中，排除气泡０．５ ｈ，浇铸到准备 好 的 模 具 中 或 涂 膜， 在１２０ ℃ 固化５ ｈ、１７０ ℃ 固化２ ｈ 后，缓慢降到室温，室温放置２４ ｈ，测试固化样品的各 种性能。 １．４ 试样的性能测试与表征 固化样品的拉伸强度按ＡＳＴＭ Ｄ６３８－９１ａ标准测试， 弯 曲 强 度 按ＡＳＴＭ Ｄ７９０Ｍ－９２标 准 测 试； 冲 击 强 度 按 ＡＳＴＭ Ｄ ２５６ －８１标准采用简支梁法测试 。 利用ＲＶ－３００系
由 表１可 见， 共混树脂的冲击强度随着 ＥＲＬ－４２２１含 量的增加而增大，在其用量达到３０％以后，增加的幅度 变缓；拉伸强度和弯曲强度先增加后下降，并且在ＥＲＬ－ ４２２１用量为２０％￣３０％达到最大值。冲击强度的增加可 能是由于ＥＲＬ－４２２１具有环己烷基团的结构，环己烷基团 有船式和椅式２种构型 ，这种构型的变化可吸收冲击的能 量， 故ＥＲＬ－４２２１含量增加使冲击强度增加 。拉伸强度和 弯 曲 强 度 的 增 加 是 由 于 ＥＲＬ－４２２１的 环 氧 值 比Ｅ－５１环 氧 树脂的环氧值大，交联密度的增加所致。另外，随着 ＥＲＬ－４２２１用量的增加，环己烷基团含量增加使其运动能 力增强，故冲击强度一直增加；而拉伸强度和弯曲强度 具有最大值。
关 键 词： 脂环族环氧树脂 ；共混树脂 ；性 能 中图分类号：Ｔ Ｑ４３３．４＋３７ 文献标识码：Ａ 文章编号： １００１ －５ ９ ２ ２（２０１０）０５－ ０ ０ ３ ０－０ ３
脂环族环氧树脂含有环己烷基团而不含双键，具有 工艺性好、耐热性高、固化收缩小、电性能好、耐紫外 线及耐候性好［１￣３］等特点，特别适合于作为高性能电子封 装 领 域 的 功 能 材 料［４］ 。 但 脂 环 族 环 氧 树 脂 的 制 备 工 艺 复 杂，生产成本昂贵，限制了其大规模应用。因此，降低 成本是其重要的发展方向 ， 共混改性［５， ６ ］是降低成本的有 效途径。
司 ；ＷＳＭ－２０ＫＮ型电子万能试验机 ，长春市智能仪器研 究所；ＱＦＺ－Ⅱ型漆膜粘附力试验机，天津市材料试验机 厂；ＱＭＸ型涂层耐磨性试验机，天津市材料试验机厂； ＲＶ－３００系列热变形维卡软化点测定仪，承德精密试验机 有 限 公 司 ； ＮＬＷ －拉 伸 剪 切 试 验 机 ， 济 南 兰 光 机 电 技 术 有限公司。
２ 结果与讨论
２．１ ＥＲＬ－４２２１用量对共混树脂力学性能的影响 ＥＲＬ－４２２１用 量 对 共 混 树 脂 固 化 样 品 力 学 性 能（ 拉 伸强度、弯曲强度和冲击强度）的影响如表１所示。
表１ ＥＲＬ－４２２１用量对共混树脂力学性能的影响 Ｔａｂ．１ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＥＲＬ－４２２１ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｂｌｅｎｄ ｒｅｓｉｎ
ＥＲＬ－４２２１ 质量分数／％
０ １０ １５ ２０ ２５ ３０ １００
冲击强度／ ｋＪ／ｍ２ １．１７ １．８１ ２．２３ ２．８１ ２．９６ ３．７４ ５．９４
拉伸强度／ ＭＰａ １１．２１ １９．０１ １９．８１ ２０．８３ ２４．２７ ２７．３５ ２１．７４
弯曲强度／ ＭＰａ ４６．３５ ５２．３７ ６２．１６ ６８．８１ ６１．２６ ５２．０８ ５１．７３
２．４ ＥＲＬ－４２２１的用量对共混树脂粘接强度的影响 粘接强度以拉伸剪切强度来表征，其结果见表３。
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网址：ｗ ｗ ｗ．ｚｈａｎｊｉｅ ．ｃｏｍ ．ｃ ｎ
３ 结论
通过脂环族环氧树脂改性双酚Ａ型环氧树脂Ｅ－５１的 实验结果表明，随脂环族环氧树脂用量的增加，冲击强 度、热性能和铅笔硬度都增加，拉伸强度、弯曲强度、 耐磨性和粘接强度都先增加后降低，具有最大值。脂环 族 环 氧 树 脂 用 量 在 １５％￣２０％时 ， 共 混 树 脂 的 综 合 性 能 最好。
学 术 论 文 ＡＣＡＤＥＭＩＣ ＰＡＰＥＲ 研究报告及专论
收稿日期：２００９－１２－１６ 作者简介：火文君（１９８６－），女，硕士研究生，主要从事功能材料的研究。 通讯联系人：张道洪（１９７６－），男，博士，博士后，中南民族大学化材学院教师。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｄｈ２７＠１６３．ｃｏｍ。 基金项目：国家自然科学基金（５０９０３０９４）和武汉市青年科技晨光计划（２００８５０７３１４０６）资助。
学 术 论 文 ＡＣＡＤＥＭＩＣ ＰＡＰＥＲ 研究报告及专论
表３ ＥＲＬ －４ ２ ２ １用量对共混树脂拉伸剪切强度的影响 Ｔａｂ．３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＥＲＬ－４２２１ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｂｌｅｎｄ ｒｅｓｉｎ
ＥＲＬ －４２２１质量分数／％ ０ １０ １５ ２０ ２５ ３０
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列仪器测试样品的维卡软化温度，载荷为４９．０５３ Ｎ，升温 速 率 为１２０ ℃／ｈ， 样 品 尺 寸 为２０ ｍｍ× １０ ｍｍ×４ ｍｍ。 根据ＧＢ／Ｔ １７２０—１９８９标准测试漆膜的粘附力 ，判断粘 附力的级别 。按照ＧＢ／Ｔ １７２７—１９９２标 准，测试漆膜的 耐磨性，以２５０ ｇ砝码转１００次后的磨损的质量为标准来 评价 。按照ＧＢ／Ｔ ６７３９—１９９６测定漆膜的铅笔硬度。按 照ＧＢ／Ｔ ７１２４—１９８６，进行金属对金属拉伸剪切强度的 测试。
２．３ ＥＲＬ－４２２１的用量对共混树脂膜性能的影响 共混树脂的膜性能包括耐磨性、粘附力和铅笔硬 度，脂环族环氧树脂的含量对膜性能的影响如表２所示。
表２ ＥＲＬ － ４２２１用量对共混树脂膜性能的影响
Ｔａｂ．２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＥＲＬ－４２２１ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｂｌｅｎｄ ｒｅｓｉｎ
脂环族环氧树脂／双酚Ａ环氧树脂共混改性研究
火文君，王晶，张道洪 （中南民族大学 化学与材料科学学院 催化材料科学湖北省暨国家民委－教育部共建重点实验室，湖北 武汉 ４３００７４ ）
摘要：采用脂环族环氧树脂（ＥＲＬ－４２２１）与双酚Ａ型环氧树 脂Ｅ－５１共 混 ，用酸酐固化剂和促进剂使其固化 ， 研究脂环族环 氧树脂的用量对共混树脂性能的影响及其规律性，包括冲击强 度、弯曲强度、拉伸强度、维卡软化点温度、漆膜的粘附力、 铅笔硬度、耐磨性以及拉伸剪切强度。结果表明，随脂环族环 氧树脂用量的增加，共混树脂的综合性能先增加后降低，脂环 族环氧树脂的质量分数为１５％￣２０％时，具有最大值。
采用廉价的双酚Ａ型环氧树脂与脂环族环氧树脂共 混，研究脂环族环氧树脂对其共混物的力学性能、热性 能、膜性能、粘接性能的影响及其规律性。
１ 实验部分
１．１ 实验原料 脂环族环氧树脂ＥＲＬ－４２２１，美国陶氏公司 ；双酚 Ａ型环氧树脂Ｅ－５１，江苏三木集团；甲基纳迪克酸酐， 意大利ＬＯＮＺＡ公司；促进剂Ａ，自制。 １．２ 实验仪器 ＸＪＪ－５简 支 梁 冲 击 试 验 机， 承 德 精 密 试 验 机 有 限 公
参考文献 ［１］ 于浩，田呈祥．脂环族环氧化合物的应用［Ｊ］．化工新型材 料，１９９９，３（２７）： １０－１３． ［２］Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｓａｓａｋｉ．Ｃｕｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｙｃｌｏａｌｉｐｈａｔｉｃ ｅｐｏｘｙ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏａｔｉｎｇｓ，２００７（５８）：２２７－ ２３０． ［３］Ｒｕｂｙ Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ，Ｍａｒｋ Ｄ Ｓｏｕｃｅｋ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｔｅｌｅｃｈｅｌｉｃ ｍｅｔｈａｃｒｙｌｉｃ ｓｉｌｏｘａｎｅｓ ｗｉｔｈ ｃｙｃｌｏａｌｉｐｈａｔｉｃ ｓｕｂｓｔｉｔｕｅｎｔｓ ｇｒｏｕｐｓ ｆｏｒ ＵＶ－ｃｕｒａｂｌｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｊｏｕｒｎａｌ，２００８（４４）：３３２６－３３３４． ［４］Ｇａｒｉｍａ Ｔｒｉｐａｔｈｉ，Ｄｅｅｐａｋ Ｓｒｉｖａｓｔａｖａ．Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｂｌｅｎｄｓ ｏｆ ＤＧＥＢＡ ｅｐｏｘｙ， ３，４ ｅｐｏｘｙ ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌｍｅｔｈｙｌ， ３，４－ ｅｐｏｘｙｃｙｌｏｈｅｘａｎｅ ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ ａｎｄ ｃａｒｂｏｘｙｌ ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｃｏ－ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ （ＣＴＢＮ）［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａ，２００８，Ａ４６：４８３－４９３． ［５］ Ｓｈａｈ Ｒ Ｓ，Ｗａｎｇ Ｑ，Ｌｅｅ Ｍ Ｌ．Ｃｙｃｌｏａｌｉｐｈａｔｉｃ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｆｏｒ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ Ａ，２００２（９５２）： ２６７－２７４． ［６］ Ｗｕ Ｓ，Ｊｏｒｇｅｎｓｅｎ Ｊ Ｄ，Ｓｋａｊａ Ａ Ｄ，ｅｔ ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｕｌｐｈｏｎｉｃ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ ａｃｒｙｌｉｃ ｍｏｎｏｍｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ ｏｆ ａｃｒｙｌｉｃ ｌａｔｅｘｅｓ ｗｉｔｈ ｃｙｃｌｏａｌｉｐｈａｔｉｃ ｅｐｏｘｉｄｅ［Ｊ］．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏａｔｉｎｇｓ，１９９９（３６）： ２１－３３． ［７］ 张 华 东 ，赵 怡 丽 ．粉 末 涂 料 与 粘 附 力 ［Ｊ］．中 国 涂
１００
拉伸剪切强度／ＭＰａ １９．０３ ２２．０６ ２８．８４ １６．１５ １８．１２ １７．６２ １０．８０
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从 表３可 看 出， 随 着ＥＲＬ－４２２１含量的增加 ， 共 混 树 脂体系的拉伸剪切强度先增大后减小，在用量达到 １５％左右时具有最大值 ， 比Ｅ－５１环氧树脂固化样品提高 ５２％左右。